某橡胶厂胶乳制备工段溶剂损失量计算分析和流程优化

胡显平（广东寰球广业工程有限公司，广东　广州　　510655）



某橡胶厂胶乳制备工段溶剂损失量计算分析和流程优化

胡显平
（广东寰球广业工程有限公司，广东广州510655）

摘要：某厂胶乳制备工段采用石油醚作为溶剂，按照现有工艺工序操作，石油醚每年损失约85t～90t，造成一定的经济损失和环境污染。根据胶乳备制工艺流程和现场采集的运行数据，采用模拟软件对各操作单元设备进行模拟，定量计算出每个工序石油醚损失量，分析得知石油醚损失的主要因素和工序；并提出流程优化方案，给出改造建议。

关键词：石油醚；溶剂；模拟；流程优化

1. 工艺技术说明

某厂丁基胶乳制备工段采用“乳化法”，其主要工序为：溶解丁基胶→混合乳化剂→乳化→脱溶剂（蒸馏）→溶剂回收→浓缩胶乳。生产以石油醚（主要成分C6+）为溶剂、丁基橡胶为原料。常温、常压下，丁基橡胶在打浆罐内溶解于石油醚，通过压缩空气把胶乳从打桨罐压到混合罐，加入乳化剂、稳定剂搅拌后，胶乳重力自流进入乳化槽乳化，乳化好的胶乳用齿轮泵打入高位槽，胶乳重力自流进入蒸馏塔，在蒸馏塔内通过低压饱和蒸汽抽提脱除石油醚，分离得到丁基胶乳产品，在蒸馏塔和膏化缸压差推动下，产品进入膏化缸，对乳液进行浓缩，提高胶乳总固形物含量。抽提出的石油醚蒸汽微正压、约98℃，在喷淋冷却塔内与28℃冷却水混合冷却至36℃，进入油水分离罐。分离罐内静置分层，上层为石油醚，下层为冷却水。石油醚靠液位差回流至埋地石油醚储罐，循环使用。冷却水通过机泵输送至凉水塔冷却至28℃，28℃冷却水循环进入喷淋冷却塔。

2. 操作运行情况

（1）溶剂：石油醚储存于埋地汽油储罐，通过压缩空气压入高位汽油量罐，分批次自流进入打浆罐，每批流量136kg，每天共12批次，石油醚循环使用量1632kg/班。每班次向埋地石油醚储罐补充280kg石油醚。石油醚流经的埋地储罐、汽油量罐、打浆罐、混合罐、乳化槽、高位槽、油水分离罐均与大气相通，蒸汽塔、喷淋冷却塔、油水分离罐内石油醚直接与水混合。本次理论计算，石油醚（C6+）按己烷。

表1废水物性表

（2）废水排放：埋地汽油储罐通过DN25的管道定期排放含汽油废水，每1小时排放一次，每次排放10min～15min。

（3）冷却水：冷却水循环量为50m3/h，凉水塔进水温度36℃，出水温度28℃。冷却水槽示水位情况随时补水，补充水管管径DN50。

（4）低压饱和蒸汽：低压饱和蒸汽压力为0.5MPa，进入蒸馏塔流量为200 kg/h。

（5）油水分离器：油水分离罐尺寸：Ф2000mm×6000mm，因进料、出料，罐内上部油层液面波动高差约为0.4m。

3. 操作单元设备模拟计算

根据操作运行数据，采用软件Aspen PlusV7.2模拟计算，得到石油醚进、出各工序操作过程中排向大气量、解吸挥发量、废水溶解量等理论计算值。

3.1排向大气量

3.1.1进料呼出损失量

12批次石油醚循环量为1632kg。各储罐、槽内气相空间为石油醚与空气混合物，因进料和出料而储罐和槽液位波动时，气相混合物伴随着呼出和吸入，为维持石油醚组分在气相中的分压平衡，液相石油醚挥发进入气相和呼出排向大气。

通过模拟计算，各罐、槽因“呼吸”排放的损失量如下：汽油储罐，1.72kg/班；汽油量罐，1.39kg/班；打浆罐，1.43kg/班；混合罐，3.56kg/班；胶乳乳化槽，3.11kg/班；高位槽，2.56 kg/班；油水分离罐，2.52kg/班。

3.1.2热膨胀呼出损失量

因外界环境温度的变化引起的油品损耗称为“小呼吸”。石油醚停留在打浆罐、混合罐、胶乳乳化槽与高位槽和储存汽油储罐期间，有不同程度的“小呼吸”损失。汽油储罐为埋地储罐，受昼夜温差及太阳辐射的影响较小，罐内石油醚因“小呼吸”损失较小。

打浆罐、混合罐和胶乳乳化槽内会因搅拌发热，打浆罐中溶解丁基橡胶时释放少量的热，罐内物料温度升高，提高有机溶剂的挥发速率。根据经验估算，本工段的石油醚每年“小呼吸”与“热呼吸”损耗约达3t。

3.2解吸挥发量

来自蒸馏塔的98℃石油醚和水蒸汽混合物进入喷淋冷却塔，经28℃冷却水喷淋冷却至36℃，气相全部冷凝，冷凝液重力自流进入油水分离罐。石油醚与水分层分离，上层为石油醚，下层为冷却水，冷却水中溶解有微量石油醚。36℃冷却水由50m3/h输送泵打入厂房楼顶凉水塔，冷却至28℃返回至喷淋冷却塔。循环水在冷水塔内降温过程中，溶解于冷却水中的微量石油醚也会气化扩散进入空气，平衡空气中石油醚分压。模拟计算结果为：石油醚解吸挥发进入空气量为236.87kg/班。

3.3废水溶解量

微量水溶解于石油醚，从油水分离罐上层利用重力自流进入埋地储罐。经静置分层，埋地管底部会有水层，需定期排放含油污水。取排放污水流速2.0m/s，根据操作运行情况，初算废水排放量为8.83m3/班。石油醚在水中溶解量数据见表1。

4. 石油醚损失主要因素分析

根据现场采集信息，取年操作300天，年损失量约为84t。模拟计算的各项理论损失量占总损失量比例见表2。

表2损失量计算值

从表2中可知，溶解于冷却水中石油醚在冷水塔中解吸挥发损失量为主要因素，其次为进料呼出，其后依次为热膨胀呼出，含油废水排放。

5. 建议改造方案

5.1喷淋冷却塔

冷却水在喷淋冷却塔中直接接触，由于冷却水循环量50m3/h，冷却水溶解石油醚量较大，导致在凉水塔内大量石油醚挥发排入空气。喷淋冷却塔改为板式换热器或管壳式换热器。此改造方案可以消除石油醚溶解于水而导致大量石油醚损失。

5.2密闭排放

油水分离罐、汽油储罐、汽油量罐、打浆罐、混合罐、胶乳乳化槽和高位槽顶部增设通气管、呼吸阀，呼出气体密闭排放。各罐、槽废气进入废气排放总管，在车间顶部增设一台废气冷凝器，废气经冷凝器与冷物流换热后，冷凝液回流至汽油储罐。车间现有冷源为冷却水，供水温度28℃，回水温度36℃。考虑换热器传热面积选取的经济型和合理性，热、冷两侧传热温差≥5℃，则废气温度低于40℃时，冷却水不符合要求。本厂无冷冻水，需设置一套小型制冷机组。

5.3废水处理

增设机械切水器，减少因人工排放废水误排、多排导致的石油醚损失；废水采用膜分离设备分离回收石油醚，回收的石油醚回流至汽油储罐。

6. 建议

从经济、环保方面考虑，有必要对某厂胶乳制备工段流程进行改造优化。根据上述计算、分析结果，给出建议如下：

（1）喷淋冷却塔改为板式换热器或管壳式换热器。此改造方案为重点，节省的石油醚量71.06t/年，占石油醚补充量84.60%。

（2）油水分离罐、汽油储罐、汽油量罐、打浆罐、混合罐、胶乳乳化槽和高位槽顶部通气管改为呼吸阀，呼出气体密闭排放。此项改造为可选项，可改善环保和职业卫生条件。

（3）汽油储罐排放废水，不进行废水油分离处理，可维持现状，废水排入工厂污水处理池集中处理。

参考文献

［1］刘达奎.对丁基胶乳制备工艺的几点看法［J］.特种橡胶制品，1981（3）：15-19.

中图分类号：TQ336.8

文献标识码：A